膝骨性关节炎经筋证型的步态特征研究

膝骨性关节炎经筋证型的步态特征研究

膝关节病（koa）是一种常见的慢性关节疾病。其主要病变是膝关节软骨的退行性变和随后的增生。虽然其病变部位发生在关节软骨,但膝关节周围力的失衡,导致关节内应力分布不均,则是关节软骨破坏的重要的原发病因,这在我们以前的研究中已做过详细论述。这种力的失衡,来源于膝关节周围肌肉群、肌腱、韧带、筋膜、滑膜等的病变,属于中医所说的经筋病变的范畴,经筋理论在膝关节骨性关节炎发病机制及治疗中发挥着重要作用,近年来的临床实践也不断验证着该观点,说明这非我们的一家之言。对于经筋病变的诊查,传统方法是运用《灵枢·卫气》中“必先按而在久应于手”的触诊检查方法,探查膝部经筋不对称的“筋结点”。这种依靠中医师个人经验的诊查方法,往往难以推广。本研究组多年来致力于应用现代生物力学技术的步态分析工具,研究膝骨性关节炎的经筋辨证,取得了可喜成果。在我们前期研究中,我们发现KOA患者在支撑期各阶段时间分布和地面垂直反力上存在着异常,这是所有KOA患者共有的步态特征。为进一步研究膝骨性关节炎不同经筋证型的步态特征,本课题开展了如下研究工作。现报道如下。1对象和设备1.1患肘部位及资料来源共选取19例膝骨性关节炎患者,患者来源为北京中医药大学附属东直门医院、东方医院针灸科、按摩科和老年科2006-01～2006-09门诊病人,均符合1995年美国风湿病诊断及治疗标准委员会的膝关节骨关节炎诊断标准,并排除骨结核、骨肿瘤、明显的踝足部疼痛性疾患、严重心脑血管疾病及精神病患者。其中男5例,女14例;双侧患病11例,单侧患病8例,共30个患病膝关节;经X线检查,均为胫股关节内侧室OA,明显的骨赘均出现在胫骨上端和胫骨髁间突。年龄44～62岁,平均(54.79±5.09)岁;病程3个月～3年,平均(1.82±1.02)年;按照Kellgren&Lawrence的X线分级标准,Ⅰ级10例,Ⅱ级9例。经专业医师触诊检查,以阳明经筋病变为主的患膝18个,三阴经筋、少阳经筋病变为主的患膝均6个。由于病程长、病情重的患膝多为几条经筋联合病变,分析起来很复杂,为使问题简化,提高研究的可行性,该研究选取早期患者,患膝为单一经筋病变为主。虽然将问题简化,但不失一般性,尤其有利于早期诊断的研究。1.2pc机板及平板采用Rsscan公司的Footscan7型足底压力测量系统,包括0.5m平板及相应跑道、USB接口、分析软件以及笔记本电脑。测力平板为40cm×50cm,每平方厘米有4个0.5cm×0.7cm的压电晶体力传感器,平板共内置4096个传感器。平板由USB数据线与计算机的USB接口直接相连。采样频率为300Hz。2方法2.1压力测量平板分析将KOA患者随机编号,由测试人员指导每人先进行熟悉练习,之后赤足自然常速走过Footscan7型足底压力测量平板,每人左右足各走3次,最后交由专业分析人员,将3次测量求平均值,给出分析结果。整个过程,研究者、测试人员和受试者以及分析人员之间做到互盲。2.2指标选择2.2.1角步骤足的长轴与前进方向之间的夹角。平均为6.7～6.8°,大于15°则为异常。2.2.2冲量在整个支撑期,足跟部冲量不应大于总冲量的20%。2.2.3关于旋内旋外值本研究仪器将足底分为10个区域,即大脚趾T1、其余4个脚趾T2～5、第1跖骨M1、第2跖骨M2、第3跖骨M3、第4跖骨M4、第5跖骨M5、足中部MF、足后跟内侧HM和足后跟外侧HL。RSscan程序将M1+M2+HM的压力与M3+M4+M5+HL的压力相比较,用特定的算法计算出旋内旋外值。旋外为正,旋内为负。观察旋内旋外值的分期,是按足跟触地(heelcontact)、支撑中期(midstance)和推离期(propulsion)3个阶段来划分的。见图1。本研究观察支撑中期和蹬离期旋内旋外值。旋外均值超过25°、旋内均值绝对值超过10°为异常。数据导入EXCEL中,再求各阶段均值。所谓旋外,即是M1+M2+HM压力大于M3+M4+M5+HL压力,表现在图中为曲线向上凸;旋内则相反。2.2.4图2显示了地球最大垂直阻力的出现时间和支撑周期的总时间的百分比，即观察t1或t3。根据初步研究，值为33%2.3统计学分析步角、足跟部冲量、旋内旋外均值、地面最大垂直反力出现时间占支撑期总时间的百分比等各值均采用x¯±sx¯±s法来表示,采用t检验进行统计学分析,P<0.05为差异具有统计学意义。统计软件为SAS8.0。3结果3.1单样本t检验结果见表1。由于样本数量少,先进行数据的正态性检验。经SAS软件分析,数据符合正态性分布。之后进行单样本t检验。经统计,阳明经筋病变膝的步角小于15°(P<0.05),足跟部冲量小于20%(P<0.05),说明在这两个指标上,阳明经筋病变膝正常;而三阴经筋与少阳经筋病变膝均大于正常(P<0.05),说明三阴经筋与少阳经筋病变膝在步角和足跟部冲量上存在异常。见表1。3.2少阳经筋病变膝关节推离期旋内均值经统计,阳明经筋病变膝在支撑中期旋外均值大于正常(P<0.05);少阳经筋病变膝在推离期旋内均值大于正常(P<0.05);而三阴经筋病变膝在推离期旋外均值大于正常(P<0.05)。3.3大垂直反力出现时间显著延迟pf与正常值比较,阳明经筋病变膝(*)地面最大垂直反力出现时间显著推迟(P<0.05);而少阳经筋病变膝和三阴经筋病变膝(**)与正常值相比无统计学差异(P>0.20)。4膝关节和膝关节过充分时,膝关节压力随时间的变化步角的大小反映行走时侧向的稳定性,由膝关节周围内外旋肌群来控制。少阳经筋病变膝和三阴经筋病变膝的步角均大于正常,这可能因为内外旋肌群动作的不协调或者内外侧支持带病变所致,至于是姿势抑或步角的异常导致了三阴经筋或少阳经筋的病变,还是上述经筋的病变导致了步角的异常,尚不能做出结论,这需要做大样本的前瞻性研究。阳明经筋病变膝的步角与正常值相比未见统计学异常,但这并不能说明阳明经筋病变膝行走时稳定性好。事实上,阳明经筋病变膝的症状相对更重,活动性更差,但或许是因为患者由于疼痛而采取被动姿势,以及由此带来的膝周组织的黏连、挛缩,阳明经筋病变膝的主要矛盾体现在前后的稳定性差上,在侧向则未能明确检测出不稳定性。髌骨关节面以纵行嵴分为内、外两部分,再由横嵴等分为上、中、下3区,加上髌骨内缘的小关节面,共分为7区,见图3。这是由于髌骨绕股骨滑车转动时彼此适应而形成的。伸膝30°时,下区与股骨滑车相接触;60°时,中区接触;90°时上区接触;120°或以上时主要是髌骨内侧小关节面与股骨髁相接触。伸膝角度不同则有不同的髌股接触面。当伸膝0°时,它几乎受纳了髌骨上2/3的关节面。髌股关节接触面积,从伸直位到屈曲90°,随屈膝角度增加而增加;屈膝超过90°以后,再屈曲时,则随屈膝角度增加而接触面积减少。当屈膝90°时,髌股关节接触面积最大约为5cm2。膝屈曲时,髌骨在股骨滑车上的移行轨迹,由外上向内下滑动;反之则呈相反方向。轨迹长约7cm(见图4)。阳明经筋病变时,髌骨在股骨滑车上的移行受阻。这样,在活动时就会引起疼痛;疼痛会导致患者采取被动姿势,患者会不自觉使膝部弯曲而不伸直,有的患者休息时还在腘窝部垫物体。膝部弯曲会增大关节腔容积,降低内压,减轻疼痛;但这样做的后果则是膝周组织黏连加重,功能更加受制,形成恶性循环。步行周期中,下肢关节和肌肉的动作具有一定的规律,图5和图6是部分时相的展示。从足跟着地起,除了支撑中期支撑腿垂直瞬间,支撑期髌骨上均承受压力,在阳明经筋病变和膝弯曲时压力更大,导致阳明经筋病变膝产生疼痛,加之足跟着地的冲击,疼痛加剧。因此,阳明经筋病变膝为减轻疼痛,会在着地时尽量减少冲击,甚至不敢用脚跟着地。久之,即使疼痛不剧烈时,也形成了这样的行走姿势。表现在步态上,就是足跟部冲量反而不大。这样的特征用肉眼难以观察出来,而在步态分析仪器上则能明白显示。由于疼痛和姿势的异常,阳明经筋病变膝地面最大垂直反力出现时间显著滞后。支撑中期膝部也始终在弯曲状态,关节周围支持带不够充分紧张,胫骨会有微小的旋转,由于周围组织的黏连,在由弯曲向接近伸直的趋势中,髌骨不能完成由内下向外上的移行,表现在足底,则是显著旋外。上述改变发生在重心跨越膝垂直阶段,在垂直阶段,髌骨压力显著减少甚至为0,但改变还要继续一些时相,说明了肌肉的运动有滞后现象。在蹬离期,阳明经筋病变膝并未见明显旋内或旋外。少阳经筋病变膝和三阴经筋病变膝的步态特征则不同于阳明经筋病变膝。由于髌骨活动度尚可,行走中髌骨压力并不在一个较大的状态,上述二经筋病变膝关节走路时一般无明显疼痛,而在上下楼、上下坡时疼痛。在膝关节OA患者中普遍存在股四头肌肌力降低的现象,而股四头肌是强力的重力拮抗肌,其离心收缩有利于减速下肢和降低缓冲,由于股四头肌肌力下降,上述二经筋病变膝关节足跟部冲量明显升高(并不是说阳明经筋病变膝不存在股四头肌肌力下降现象,是因为上述分析的原因,其冲量并不升高)。在支撑中期,上述二经筋病变膝旋内旋外值未见明显的超过正常值的现象。但在蹬离期,有显著的旋内旋外,在这点上,上述二经筋病变有不同,三阴经筋病变膝是明显旋外,少阳经筋病变膝则是旋内。这可能与不同经筋病变导致不同的旋转装置(旋内或旋外装置)改变有关。在地面最大垂直反力出现时间上,上述二经筋病变膝未见有规律性改变。图7是人体下肢生物力学计算模型,据此模型可以列出踝关节和膝关节关节力矩计算的拉格朗日方程:Ma=⎧⎩⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪Jfθ+mfxflfcsinθ−mf(yf+8)lfcCOsθ,摆动期Jfθ+mfxflfcsinθ−mf(yf+8)lfcCOsθ+FyDx−FxDy,支撑期MK=Jsθ+msxslscsinθ−ms(ys+8)lscCOSθ+Ma+(mfxf−Fx)lssinθ−(mfg+mfyf−Fy)lsCOsθ,Μa={Jfθ+mfxflfcsinθ-mf(yf+8)lfcCΟsθ,摆动期Jfθ+mfxflfcsinθ-mf(yf+8)lfcCΟsθ+FyDx-FxDy,支撑期ΜΚ=Jsθ+msxslscsinθ-ms(ys+8)lscCΟSθ+Μa+(mfxf-Fx)lssinθ-(mfg+mfyf-Fy)lsCΟsθ,式中Ma为踝关节力矩,Mk为膝关节力矩。先计算出踝关节力矩,再向上推膝关节力矩,采用隔离法。由方程可以看出,对同一个人,在其它条件不变的情况下,力的作用点距质心距离,决定了关节力矩的大小。旋外旋内即反映出力作用点的改变。旋外是力作用点内移,结果使内收力矩增加;旋外是力作用点外移,结果使外翻力矩增加。从研究结果可以看出,在支撑期,阳明经筋病变和三阴经筋病变的膝关节均出现了显著的旋外异常,结果使膝关节内收力矩增加;而少阳经筋病变的膝关节则是旋内异常,将使膝关节外翻力矩增加。查阅相关文献时发现,同样研究膝关节内侧间室OA患者,不同的研究得出矛盾的结论,文献认为,KOA患者内收力矩与正常人相比显著增加,而文献则得出患者内收力矩并不增加的结论。这可能是因为研究的患者群病变部位不同所致。结合上述分析,假若选取的病例以阳明经筋病变和三阴经筋病变为主,则会得出文献的结果,即KOA患者内收力矩增加;而假若研究病例以少阳经筋病变为主,则会得出文献的结果,即KOA患者内收力矩并不增加。所以不